DE10151922B4 - Biotechnical production of an oil binder from leather-containing raw materials - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Ölbindemittels aus lederhaltigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass das lederhaltige Material mittels geeigneter Zerkleinerungsmaschinen in Granulatform umgewandelt, mit ölabbauenden Mikroorganismen vermischt und danach durch enzymatische Reaktion versiegelt und hydrophobiert wird.method for producing an oil binder made of leather-containing materials, characterized in that the leather-containing material by means of suitable crushers converted into granular form, with oil-degrading microorganisms and then sealed by enzymatic reaction and is hydrophobicized.
Description
Gegenstand dieser Erfindung ist die Herstellung eines Ölbindemittels auf der Basis von lederhaltigen Rohmaterialien und dessen Einsatz im Bereich der Dekontamination von ölverschmutzten festen Oberflächen und Flüssigkeiten. Dabei wird die Oberfläche des Leders durch enzymatische Reaktionen versiegelt und gleichzeitig hydrophobiert.object This invention is the preparation of a base oil binder of leather-containing raw materials and its use in the field of Decontamination of oil-contaminated solid surfaces and liquids. In doing so, the surface becomes of the leather sealed by enzymatic reactions and simultaneously hydrophobic.
Ölbindemittel werden in verschiedenen Industriebereichen in großen Mengen zum Aufsaugen von ausgelaufenem Öl auf Böden eingesetzt. Feuerwehren und Wasserwachten setzen Ölbindemittel bei Ölunfällen auf Land und Wasser ein. Ölbinder, die universell auf Wasser und Land einsetzbar sind und dabei eine hohe Ölbindungskapazität haben, sind derzeit kommerziell nicht verfügbar.sorbents are used in various industries in large quantities for absorbing spilled oil on floors used. Fire brigades and water guards put on oil binders at oil spills Land and water. Oil binder, which can be used universally on water and land and at the same time one have high oil binding capacity, are currently not commercially available.
Eigene Versuche zeigten, dass lederhaltige Materialien in Granulatform über eine hohe Ölaufnahmefähigkeit und eine gute Schwimmfähigkeit verfügen. Ein Einsatz auf Gewässern ist derzeit jedoch auf Grund des Austritts von organischem Material aus dem Ölbinder in den Wasserkörper nicht möglich. Es konnte jedoch nachgewiesen werden, dass die Lederoberfläche durch den Einsatz bestimmter Enzyme in der Weise modifiziert werden kann, dass eine Vernetzung an der Oberfläche der Granulatteilchen eintritt und so der Austritt von organischer Substanz minimiert wird.own Experiments showed that leather-containing materials in granular form over a high oil absorption capacity and a good buoyancy feature. A use on waters is currently due, however, to the leakage of organic matter the oil binder in the water body not possible. However, it could be proved that the leather surface by the use of certain enzymes can be modified in the way that crosslinking occurs at the surface of the granule particles and so the leakage of organic matter is minimized.
Vorzugsweise kommen hier Enzyme aus der Gruppe der Phenoloxidasen wie Polyphenoloxidasen, Laccasen, Tyrosinasen zum Einsatz, die in der Lage sind, aromatische Aminosäuren aus dem Collagengerüst des Leders zu oxidieren und dabei eine radikalische Polymerisation in Gang zu setzen, die auch zu einer Copolymerisation von anderen Aminoverbindungen führt. Auf diese Weise wird eine Art Versiegelung der Oberfläche des Granulates erreicht, die sowohl den Austritt organischer Verbindungen aus dem Granulat als auch den Abrieb von kleinsten Lederteilchen deutlich reduziert. Die gesetzlichen Anforderungen an Ölbinder für den Einsatz auf Gewässern werden somit erreicht.Preferably come here enzymes from the group of phenol oxidases such as polyphenol oxidases, Laccases, tyrosinases used that are capable of aromatic amino acids from the collage framework of the leather to oxidize while a radical polymerization to initiate, which also leads to a copolymerization of others Amino compounds leads. In this way, a kind of sealing of the surface of the Granules achieved, both the leakage of organic compounds from the granules as well as the abrasion of the smallest leather particles significantly reduced. The legal requirements for oil binders for the Use on waters are thus achieved.
Die enzymatische Reaktion kann verbessert werden, wenn phenolische Verbindungen, aromatische Aminosäuren oder Abfallstoffe, die diese Stoffe enthalten, dem Reaktionsgemisch in geringen Mengen zugegeben werden. Diese Stoffe können sein
- – ein- oder mehrwertige Phenole (z. B. Brenzkatechin, Pyrogallol und deren Derivate)
- – Ligninabbauprodukte (z.B. Kaffeesäure, Hydrochinon)
- – ligninartige Abfallstoffe (z.B. Sulfitablauge, Sulfatlignin)
- – Abfallstoffe aus der Holzrindenverwertung
- – Proteine oder proteinhaltige Abfallstoffe (z.B. Casein, Caseinpepton, Gelatine, Molke)
- – Tannine und andere Gerbstoffe.
- Mono- or polyhydric phenols (eg pyrocatechol, pyrogallol and their derivatives)
- Lignin degradation products (eg caffeic acid, hydroquinone)
- Ligninous wastes (eg sulphite waste liquor, sulphate lignin)
- - Waste from wood bark recycling
- Proteins or protein-containing wastes (eg casein, casein peptone, gelatin, whey)
- - tannins and other tannins.
Außer der Verwendung von Phenoloxidasen lässt sich eine Vernetzung der Lederoberfläche auch durch die Zugabe von Peroxidasen und Transglutaminasen erzielen.Except the Use of phenol oxidases networking of the leather surface also by the addition of Achieve peroxidases and transglutaminases.
Mit der Erhöhung des Vernetzungsgrades an der Lederoberfläche wird gleichzeitig eine Zunahme der Hydrophobizität erreicht, sodass die Ölbindungskapazität verbessert wird.With the increase the degree of crosslinking on the leather surface is simultaneously a Increase in hydrophobicity achieved, so that the oil binding capacity improves becomes.
Als Rohmaterial für den Herstellungsprozess können Naturleder, auf verschiedene Arten gegerbte Leder, Lederabfälle und lederhaltige Abfälle wie z.B. Altschuhe verwendet werden.When Raw material for the manufacturing process can Natural leather, various types of tanned leather, leather waste and leathery waste such as. Old shoes are used.
Der Herstellungsprozess für den Ölbinder besteht aus
- 1. Vorzerkleinerung des Ledernmaterials mit einem Schredder auf eine Korngröße < 4 cm
- 2. Entfernung der Metalle
- 3. Granulierung des Ledernmaterials mit einer Schneidmühle auf eine Korngröße < 5 mm
- 4. Zugabe von ölabbauenden Mikroorganismen
- 5. Enzymatische Versiegelung.
- 1. Pre-shredding the leather material with a shredder to a grain size <4 cm
- 2. Removal of the metals
- 3. Granulation of the leather material with a granulator to a particle size <5 mm
- 4. Addition of oil-degrading microorganisms
- 5. Enzymatic sealing.
Stand der Technik, Vorteile des VerfahrensPrior art, advantages of the procedure
Sowohl eigene Versuche als auch verschiedene Publikationen zeigen, dass Leder sehr gut zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen sowohl von festen als auch flüssigen Oberflächen geeignet ist [1,2].Either own experiments as well as different publications show that Leather very good for removing hydrocarbons from both solid as well as liquid surfaces is suitable [1,2].
Leider werden jedoch für den Einsatz auf Gewässern die gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich des Austritts organischer Trockensubstanz (OTS) in das Gewässer (Grenzwert: < 20 mg/l, Prüfverfahren nach [3]) nicht erreicht. Auch nach mehrmaligem Waschen des Ledergranulates mit Wasser liegen diese Werte über 100 mg/l [4]. Somit wurde eine von ASA Spezialenzyme GmbH beim Materialprüfungsamt Nordrhein-Westfalen, Dortmund, beantragte Zulassung von Ledergranulat als Ölbinder für den Einsatz auf Gewässern nicht erteilt.Unfortunately However, for the use on waters the legal requirements regarding the exit of organic Dry substance (OTS) into the water (Limit: <20 mg / l, test method according to [3]) not reached. Even after repeated washing of the leather granules with water these values are over 100 mg / l [4]. Thus, one of ASA Spezialenzyme GmbH at the Materialprüfungsamt Nordrhein-Westfalen, Dortmund, applied for authorization of leather granules as an oil binder for the Use on waters not granted.
Die enzymatische Wirkung von Phenoloxidasen und Peroxidasen stellt sich heute wie folgt dar: ein- und mehrwertige Phenole, deren Derivate (Halogen-, Amino-, Nitroverbindungen) und aromatische Aminosäuren (Tyrosin) werden in Gegenwart von Sauerstoff (bei Peroxidasen: Wasserstoffperoxid) oxidiert. Dabei bilden sich Radikale, die eine Polymerisation der Reaktionsprodukte zu huminstoffähnlichen, dunkelbraun gefärbten Polymeren hervorrufen [5].The enzymatic action of phenol oxidases and peroxidases arises today as follows: mono- and polyhydric phenols, their derivatives (Halogen, amino, nitro compounds) and aromatic amino acids (tyrosine) are oxidized in the presence of oxygen (peroxidases: hydrogen peroxide). This forms radicals that cause polymerization of the reaction products to humic substance-like, dark brown colored Cause polymers [5].
Auch Ligninabbauprodukte, ligninartige Abfallstoffe, Abfallstoffe aus der Holzrindenverwertung, Proteine und Tannine bzw. Bestandteile dieser Materialien können von Phenoloxidasen umgesetzt und/oder in die Polymerisate eingebaut werden. So gelang es, mit Phenoloxidasen und Ligninsulfonat ein Bindemittel für die Verklebung von Spanplatten zu entwickeln [6].Also lignin degradation products, ligninous wastes, wood cattle waste, Proteins and tannins or components of these materials can be reacted by phenol oxidases and / or incorporated into the polymers. Thus, phenol oxidases and lignin sulfonate were used to develop a bonding agent for the bonding of chipboard [6].
Transglutaminasen katalysieren eine Quervernetzung von Proteinmolekülen durch Verbindung von Glutamat- und Lysinresten innerhalb des Moleküls, wodurch gelartige Strukturen entstehen. Das Enzym wird bereits im Lebensmittelbereich eingesetzt [7].transglutaminases catalyze cross-linking of protein molecules by linking Glutamate and lysine residues within the molecule, creating gel-like structures arise. The enzyme is already used in the food industry [7].
Durch die Behandlung von Ledergranulat mit den beschriebenen Enzymen und gegebenenfalls unter Beimischung von phenolischen Verbindungen, aromatischen Aminosäuren oder Abfallstoffen werden folgende Effekte erzielt:
- – die Oberfläche der Granulatteilchen wird durch die Quervernetzung der Peptidketten des Collagengerüstes versiegelt und gleichzeitig hydrophobiert.
- – Der Austritt von organischer Substanz sowie der Abrieb von Lederkleinstteilchen wird minimiert und somit der gesetzliche Grenzwert zum Einsatz auf Gewässern unterschritten.
- – Die Schwimmfähigkeit des Ledergranulates auf Wasser wird verbessert.
- – Die Ölhaltefähigkeit wird erhöht.
- – Die Ölbindungskapazität wird leicht erhöht.
- - The surface of the granules is sealed by the crosslinking of the peptide chains of the collagen scaffold and hydrophobic at the same time.
- - The leakage of organic matter and the abrasion of leather small particles is minimized and thus falls below the legal limit for use in waters.
- - The buoyancy of the leather granules on water is improved.
- - The oil holding capacity is increased.
- - The oil binding capacity is slightly increased.
Beispiel 1: Herstellung eines Ölbindemittels aus AltlederExample 1: Preparation an oil binder made of old leather
500 kg Altleder wird in einem Schredder (Firma Alpine, Siebgröße 3 cm) vorzerkleinert und über ein Förderband transportiert, auf dem über einen Magnetabscheider Metalle entfernt werden. Danach wird das Material in einer Schneidmühle (Fa. Rapid) auf eine Korngröße < 5 mm zerkleinert.500 kg of used leather is shredded (Alpine company, sieve size 3 cm) pre-shredded and over conveyor belt transported on the over a magnetic separator metals are removed. After that it will be Material in a granulator (Rapid) crushed to a particle size <5 mm.
Über eine Sprühvorrichtung wird danach eine wässrige Suspension mit ölabbauenden Bakterien auf das Material aufgebracht. Über eine weitere Sprühvorrichtung wird ein Gemisch aus 20 Einheiten Laccase und 2 g Casein pro kg Leder auf das Material aufgebracht.Over a sprayer becomes afterwards a watery Suspension with oil-degrading Bacteria applied to the material. About another spraying device is a mixture of 20 units of laccase and 2 g of casein per kg Leather applied to the material.
Beispiel 2: Einsatz des Ölbindemittels zur Entfernung von Ölen von der WasseroberflächeExample 2: Use of the oil binder for removing oils from the water surface
Ein Wasserbecken wird mit 50 Liter Leitungswasser befüllt und 1 Liter Altöl dazugegeben bis sich ein Ölteppich bildet. Danach werden 100 g Ölbindemittel auf den Ölteppich aufgestreut. Anhand der Ölschlieren ist zu beobachten, dass das Öl selektiv vom Ölbindemittel aufgesaugt wird. Der Vorgang dauert 10 Minuten. Danach wird das beladene Ölbindemittel abgeschöpft. Es bleibt kein sichtbares Öl auf der Wasseroberfläche zurück.One Water basin is filled with 50 liters of tap water and 1 liter of waste oil added until an oil spill forms. Thereafter, 100 g of oil binder on the oil carpet sprinkled. Based on the oil streaks is to watch that the oil selectively from the oil binder is sucked up. The process takes 10 minutes. After that it will be Skimmed oil binder skimmed off. It there is no visible oil on the water surface back.
Beispiel 3: Einsatz des Ölbindemittels zur Entfernung von Ölen von festen OberflächenExample 3: Use of the oil binder for removing oils of solid surfaces
Auf einem Asphaltbelag wird 1 Liter Altöl ausgeschüttet. Danach werden 200 g Ölbindemittel auf den Ölteppich aufgestreut. Nach 30 Minuten wird das beladen Öl mit einem Besen aufgekehrt. Es bleibt kein sichtbares Öl auf dem Boden zurück. Die Oberfläche ist nicht mehr glatt.On 1 liter of used oil is poured out of an asphalt surface. Thereafter, 200 g of oil binder on the oil carpet sprinkled. After 30 minutes, the laden oil is swept up with a broom. There is no visible oil back on the floor. The surface is not smooth anymore.
Literaturliterature
-
1.
DE 2810140 A1 DE 2810140 A1 -
2.
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- 4. ASA Spezialenzyme GmbH, eigene Versuche4. ASA Spezialenzyme GmbH, own experiments
- 5. Haider, K.; Arch. Microbiol. 64, (1969) 338–3485. Haider, K .; Arch. Microbiol. 64, (1969) 338-348
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DE 3644397 C1 DE 3644397 C1 - 7. Motoki, M. et al.; Agric. Biol. Chem., 50, (1986) 3025–30307. Motoki, M. et al .; Agric. Biol. Chem., 50, (1986) 3025-3030
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